Hur bilkylsystem fungerar

  • Vova Krasen
  • 0
  • 3180
  • 478
Diagram över ett kylsystem: hur rörledningen är ansluten. Vill du lära dig mer? Kolla in dessa bilmotorbilder. HSW

-Även om bensinmotorer har förbättrats mycket, är de fortfarande inte så effektiva att förvandla kemisk energi till mekanisk kraft. Det mesta av energin i bensinen (kanske 7-0%) omvandlas till värme, och det är jobbet för kylsystem att ta hand om den värmen. Faktum är att kylsystemet på en bil som kör ner på motorvägen sprider tillräckligt med värme för att värma två medelstora hus! Kylsystemets primära uppgift är att hålla motorn från överhettning genom att överföra denna värme till luften, men kylsystemet har också flera andra viktiga jobb.

Motorn i din bil går bäst vid en relativt hög temperatur. När motorn är kall sliter komponenterna snabbare och motorn är mindre effektiv och avger mer förorening. Så ett annat viktigt jobb i kylsystemet är att låta motorn värmas upp så snabbt som möjligt och sedan hålla motorn på en konstant temperatur.

I den här artikeln kommer vi att lära oss om delarna i ett bilkylsystem och hur de fungerar. Låt oss först titta på några grunder.

-I din bils motor bränner bränslet ständigt. Mycket av värmen från denna förbränning går direkt från avgassystemet, men en del av det suger in i motorn och värmer upp det. Motorn går bäst när kylvätskan är cirka 200 grader Fahrenheit (93 grader Celsius). Vid denna temperatur:

  • Förbränningskammaren är tillräckligt varm för att helt förånga bränslet, vilket ger bättre förbränning och minskar utsläppen.
  • Oljan som används för att smörja motorn har en lägre viskositet (den är tunnare), så motordelarna rör sig mer fritt och motorn slösar bort mindre kraft och flyttar sina egna komponenter runt.
  • Metalldelar sliter mindre.

Det finns två typer av kylsystem som finns på bilar: vätskekyld och luftkyld.

Flytande kylning

Kylsystemet på vätskekylda bilar cirkulerar en vätska genom rör och passager i motorn. När denna vätska passerar genom den heta motorn absorberar den värme och kyler motorn. När vätskan lämnar motorn passerar den genom en värmeväxlare eller radiator, som överför värmen från vätskan till luften som blåser genom växlaren.

Luftkylning

Vissa äldre bilar, och väldigt få moderna bilar, är luftkylda. Istället för att cirkulera vätska genom motorn täcks motorblocket i aluminiumfenor som leder värmen bort från cylindern. En kraftfull fläkt tvingar luft över dessa fenor, vilket kyler motorn genom att överföra värmen till luften.

Eftersom de flesta bilar är vätskekylda kommer vi att fokusera på det systemet i den här artikeln.

Klicka på "Start" för att se vätskeflödet genom motorn när motorn värms upp.

-Kylsystemet i din bil har mycket VVS. Vi börjar vid pumpen och arbetar oss igenom systemet, och i de kommande avsnitten kommer vi att prata mer om varje del av systemet.

De pump skickar vätskan in i motorblock, där den tar sig igenom passager i motorn runt cylindrarna. Sedan återgår den igenom cylinderhuvud av motorn. De termostat är beläget där vätskan lämnar motorn. Rörledningen runt termostaten skickar tillbaka vätskan direkt till pumpen om termostaten är stängd. Om den är öppen går vätskan genom radiator först och sedan tillbaka till pumpen.

Det finns också en separat krets för värmesystemet. Denna krets tar vätska från cylinderhuvudet och passerar den genom en värmekärna och sedan tillbaka till pumpen.

Detta innehåll är inte kompatibelt på den här enheten.

På bilar med automatväxellådor finns det normalt också en separat krets för att kyla transmissionsvätskan inbyggd i kylaren. Oljan från transmissionen pumpas av transmissionen genom en andra värmeväxlare inuti kylaren.

-Bilar arbetar i en mängd olika temperaturer, från långt under frysning till vi kommer att överstiga 38 ° C. Så vilken vätska som helst som används för att kyla motorn måste ha en mycket låg fryspunkt, en hög kokpunkt och den måste ha kapacitet att hålla mycket värme.

Vatten är en av de mest effektiva vätskorna för att hålla värme, men vatten fryser vid en för hög temperatur för att användas i bilmotorer. Den vätska som de flesta bilar använder är en blandning av vatten och etylenglykol (C2H6O2), även känd som frostskyddsmedel. Genom att tillsätta etylenglykol till vatten förbättras kok- och fryspunkten avsevärt.

Vätska - Fryspunkt - Kokpunkt

  • Rent vatten: 0 C / 32F - 100 C / 212 F
  • 50/50 blandning av C2H6O2/ Vatten: -37C / -35F - 106 C / 223F
  • 70/30 blandning av C2H6O2/ Vatten: -55 C / -67 F - 113 C / 235 F

Kylvätsketemperaturen kan ibland uppgå till 250 till 275 F (121 till 135 C). Även med tillsatt etylenglykol skulle dessa temperaturer koka kylvätskan, så något måste göras för att höja kokpunkten.

Kylsystemet använder tryck för att ytterligare höja kylmedlets kokpunkt. Precis som koktemperaturen för vatten är högre i en tryckkokare, är koktemperaturen för kylvätska högre om du trycksätter systemet. De flesta bilar har en tryckgräns på 14 till 15 pund per kvadrat tum (psi), vilket höjer kokpunkten ytterligare 45 F (25 C) så att kylvätskan tål höga temperaturer.

Frostskyddsmedel innehåller också tillsatser för att motstå korrosion.

Detta innehåll är inte kompatibelt på den här enheten.

En centrifugalpump som den som används i din bil.

-Vattenpumpen är en enkel centrifugalpump som drivs av ett bälte anslutet till vevaxeln på motorn. Pumpen cirkulerar vätska när motorn är igång.

Vattenpumpen använder centrifugalkraft för att skicka vätska till utsidan medan den snurrar, vilket gör att vätska dras kontinuerligt från mitten. Inloppet till pumpen är beläget nära centrum så att vätska som återkommer från kylaren träffar pumpens skovlar. Pumpskovlarna slänger vätskan till pumpens utsida, där den kan komma in i motorn.

Vätskan som lämnar pumpen strömmar först genom motorblocket och cylinderhuvudet, sedan in i kylaren och slutligen tillbaka till pumpen.

Observera att väggarna i cylindern är ganska tunna och att motorblocket är mestadels ihåligt.

-Motorblocket och cylinderhuvudet har många passager som är gjutna eller bearbetade i dem för att möjliggöra vätskeflöde. Dessa passager leder kylvätskan till de mest kritiska områdena i motorn.

Temperaturerna i motorns förbränningskammare kan nå 4500 F (2500 C), så kylning av området runt cylindrarna är avgörande. Områden runt avgasventilerna är särskilt avgörande, och nästan hela utrymmet inuti cylinderhuvudet runt ventilerna som inte behövs för konstruktionen är fylld med kylvätska. Om motorn går utan att kyla mycket länge, kan den ta tag. När detta händer har metallen faktiskt blivit varm nog för att kolven kan svetsa sig själv till cylindern. Detta innebär vanligtvis fullständig förstörelse av motorn.

Motorns huvud har också stora kylvätska passager.

Ett intressant sätt att minska kraven på kylsystemet är att minska mängden värme som överförs från förbränningskammaren till metalldelarna i motorn. Vissa motorer gör detta genom att belägga insidan av toppen av cylinderhuvudet med ett tunt lager keramisk. Keramik är en dålig värmeledare, så mindre värme leds genom till metallen och mer passerar ut ur avgaserna.

Bild av kylaren som visar sidotanken med kylaren.

-En radiator är en typ av värmeväxlare. Den är utformad för att överföra värme från den heta kylvätskan som rinner genom den till luften som blåses genom den av fläkten.

De flesta moderna bilar använder aluminiumradiatorer. Dessa radiatorer tillverkas genom att hårlodda tunna aluminiumfenor till platta aluminiumrör. Kylvätskan strömmar från inloppet till utloppet genom många rör monterade i ett parallellt arrangemang. Fenorna leder värmen från rören och överför den till luften som strömmar genom kylaren.

Rören har ibland en typ av fenor införd i dem som kallas a turbulator, vilket ökar turbulensen hos vätskan som strömmar genom rören. Om vätskan flödade mycket smidigt genom rören, skulle bara den vätska som faktiskt rör rören kylas direkt. Mängden värme som överförs till rören från vätskan som rinner genom dem beror på skillnaden i temperatur mellan röret och vätskan som berör det. Så om vätskan som är i kontakt med röret svalnar snabbt, kommer mindre värme att överföras. Genom att skapa turbulens inuti röret, blandas all vätska samman och håller temperaturen på vätskan som rör rören upp så att mer värme kan utvinnas, och all vätska inuti röret används effektivt.

Radiatorer har vanligtvis en tank på varje sida, och inuti tanken finns en transmissionskylare. På bilden ovan kan du se inloppet och utloppet där oljan från transmissionen kommer in i kylaren. Transmissionskylaren är som en kylare i en kylare, utom i stället för att byta värme med luften, växlar oljan värme med kylvätskan i kylaren.

Detta innehåll är inte kompatibelt på den här enheten.

Borttagning av kylarlock och reservoar.

-Kylarhuven ökar faktiskt kokpunkten för kylvätskan med cirka 25 ° C. Hur gör detta enkla mössa detta? På samma sätt som en tryckkokare ökar vattenkokarens temperatur. Kåpan är faktiskt en tryckutlösningsventil, och på bilar är den vanligtvis inställd på 15 psi. Vattnets kokpunkt ökar när vattnet placeras under tryck.

När vätskan i kylsystemet värms upp expanderar den och får trycket att byggas upp. Locket är det enda stället där detta tryck kan undkomma, så att fjädern på locket bestämmer det maximala trycket i kylsystemet. När trycket når 15 psi, trycket trycker ventilen öppen, vilket gör att kylvätska kan komma ut från kylsystemet. Detta kylvätska strömmar genom överströmningsröret in i överflödestankens botten. Detta arrangemang håller luft ut ur systemet. När kylaren svalnar tillbaka skapas ett vakuum i kylsystemet som drar upp ytterligare en fjäderbelastad ventil som suger tillbaka vatten från botten av överflödetanken för att ersätta vattnet som utvisades.

Termostatens öppna och stängda lägen. HSW

-Termostatens huvuduppgift är att låta motorn värmas snabbt och sedan hålla motorn vid konstant temperatur. Det gör detta genom att reglera mängden vatten som går genom kylaren. Vid låga temperaturer är utloppet till kylaren helt blockerad - allt kylvätska återcirkuleras tillbaka genom motorn.

När temperaturen på kylvätskan stiger till mellan 180 och 195 F (82 - 91 C) börjar termostaten att öppna, vilket gör att vätska rinner genom kylaren. När kylvätskan når 200 till 218 F (93 - 103 C) är termostaten öppen hela vägen.

Om du någonsin har chansen att testa en, är en termostat en fantastisk sak att titta på eftersom det gör verkar omöjligt. Du kan lägga en i en kastrull med kokande vatten på kaminen. När den värms upp öppnar ventilen ungefär en tum, tydligen med magi! Om du vill prova detta själv, gå till en bildelarbutik och köp en för ett par dollar.

Termostatens hemlighet ligger i den lilla cylindern som finns på enhetens motorsida. Denna cylinder är fylld med ett vax som börjar smälta vid cirka 180 F (olika termostater öppnas vid olika temperaturer, men 180 F är vanligt). En stång ansluten till ventilen pressar in i detta vax. När vaxet smälter expanderar det avsevärt, skjuter stången ut ur cylindern och öppnar ventilen. Om du har läst Hur termometrar fungerar och gjort experimentet med flaskan och halm, har du sett denna process i aktion - vaxet expanderar bara lite mer eftersom det förändras från ett fast ämne till en vätska förutom att expandera från värmen.

Samma teknik används i automatöppnare för växthusventiler och takfönster. I dessa enheter smälter vaxet vid en lägre temperatur.

Kylfläkt

-L-ike termostaten, kylfläkten måste styras så att motorn kan hålla en konstant temperatur.

Framhjulsdrivna bilar har elektriska fläktar eftersom motorn vanligtvis är monterad tvär, vilket betyder att motorns utgång pekar mot bilens sida. Fläktarna styrs antingen med en termostatströmbrytare eller av motordatorn, och de slås på när temperaturen på kylvätskan går över ett börvärde. De stängs av när temperaturen sjunker under den punkten.

Bakhjulsdrivna bilar med längdmotorer har vanligtvis motordrivna kylfläktar. Dessa fläktar har en termostatstyrd viskös koppling. Denna koppling är placerad vid navets fläkt, i luftflödet som kommer genom kylaren. Denna speciella viskösa koppling är ungefär som den viskösa kopplingen som ibland finns i fyrhjulsdrivna bilar.

Värmare VVS

-Du kanske har hört råd om att om din bil överhettas, öppna alla fönster och kör värmaren med fläkten igång. Detta beror på att värmesystemet faktiskt är ett sekundärt kylsystem som speglar huvudkylsystemet på din bil.

Värmekärnan, som finns i instrumentbrädan på din bil, är verkligen en liten kylare. Värmeflattan blåser luft genom värmekärnan och in i din bil.

En värmekärna ser ut som en liten kylare.

Värmekärnan drar sin heta kylvätska från cylinderhuvudet och återför den till pumpen - så värmaren fungerar oavsett om termostaten är öppen eller stängd.

För mer information om bilkylsystem och relaterade ämnen, kolla in länkarna på nästa sida.

relaterade artiklar

  • Hur bilmotorer fungerar
  • Hur bildatorer fungerar
  • Hur luftkonditioneringsapparater fungerar
  • Hur termometrar fungerar
  • Hur fungerar termostaten i bilens kylsystem?
  • Hur hjälper lustgas en motor att prestera bättre?
  • Hur får fans dig att bli svalare?
  • Hur fungerar Aptera-hybriden

Fler bra länkar

  • Kylsystemsservice
  • Patent US4452758: Kompositioner och process för att hämma korrosion av aluminium - patent för frostskyddsmedel
  • Huvudkomponenter i ditt kylsystem - illustrerat!
  • About.com: Kylsystem
  • GM Goodwrench videor



Ingen har kommenterat den här artikeln än.

De mest intressanta artiklarna om hemligheter och upptäckter. Massor av användbar information om allt
Artiklar om vetenskap, rymd, teknik, hälsa, miljö, kultur och historia. Förklara tusentals ämnen så att du vet hur allt fungerar